第五百四十三章 雷达初显威(上)(1/2)
作品:《走进不科学》“......“>
此时此刻。>
看着身边出现的这张脸。>
毫无防备之下。>
叶笃正险些没把手伸进衣兜,掏出自己母亲当年送给自己的本命木牌朝对方甩过去——据说那玩意儿是桃木做的,能驱邪。>
当然了。>
在掏出木牌之前,叶笃正便先一步反应了过来。>
出现在自己面前的这货并不是木乃尹,而是最近一段在基地小有名气的.....>
熟人韩立。>
见此情形。>
叶笃正在暗自松了口气的同时,也用缓慢的语速掩盖了自己内心最开始的惊恐,开口道:>
“韩立同志,我还以为是谁呢,原来是你啊.....”>
说实话。>
叶笃正对于徐云的印象其实还是很不错的。>
毕竟若是没有他拿出的气象多普勒雷达,气象中心恐怕永远都不会有再次自我证明的机会。>
倘若真是如此.....>
那么可以预见,整个气象中心将会在很长的时间里失去斗志。>
同时从行业角度来看。>
气象多普勒雷达对于整个气象学的帮助也显而易见。>
这种设备的出现,很可能为一直看不到未来的气象领域开拓出一条全新的康庄大道——还是华夏占据主导权的那种。>
所以无论是从本职工作还是个人情感出发,叶笃正对于徐云的印象都很不错,甚至还带着一丝感激。>
因此在被吓了一大跳后。>
叶笃正也没表露出丝毫不满,而是笑着对徐云问道:>
“韩立同志,你怎么到这儿来了,对了,吃过晚饭了吗?”>
此时距离第一批数据出炉已经过去了七八个小时有余,天色早已从白天变成了夜晚,再过几个小时差不多就到十二点了。>
就在不久前,基地上还托人送来了晚饭。>
“嗯,刚刚喝了些粥。”>
徐云朝帐篷外的某个方位歪了歪头,此时依稀可以看到几位副业队员正在忙活着发晚餐。>
不过今晚的“标餐”规格并不高,大多都是窝头土豆配上榆树叶的菜叶汤。>
窝头硌牙,榆树叶发苦。>
徐云能喝到精米粥,主要还是和他病人的身份有关系,恢复期需要调养。>
接着徐云又把目光放到了叶笃正的算纸上,认真看了几眼:>
“咦?叶主任,这是.....斯托克斯方程组的变式?”>
叶笃正微微一怔,看起来对徐云能够认出方程的内容有些惊讶。>
不过他很快便想起了徐云的身份,轻轻点了点头:>
“对,正是-方程组,在涡度的基础上做了一点改变。”>
按照老郭此前的介绍。>
徐云是剑桥大学数学系的毕业生,认得出-方程组倒也正常,毕竟这个方程可是数学领域的一大难题来着。>
或者换个角度说。>
以徐云能够拿出气象多普勒雷达理论的能力而言,他认不出-方程组才怪呢。>
徐云则又转头看了眼噼里啪啦满是算盘声的现场,随口对叶笃正问道:>
“叶主任,您现在的进度怎么样了?”>
“进度?”>
叶笃正抬眼与徐云对视了一秒钟,摇了摇头,嘴角扯出一丝苦笑:>
“哪有进度?韩立同志,你现在看到的这些就是全部了——后头该怎么推导我自个儿都不知道呢。”>
叶笃正说罢。>
手指还捏着圆珠笔前半部分笔头做了个小杠杆,将笔尾在算纸上啪啪的拍了两下,看得出来有些烦闷。>
气象数据的计算环节不算什么机密,所以叶笃正倒也没想瞒着什么。>
毕竟人都是有倾诉欲的。>
接着叶笃正便叹息的摇了摇头,准备老老实实的换个思路——既然他考虑的这种变式没有可行性,那么就只能按照竺老给的方案去计算了。>
即便......>
那个想法大概率存在某些问题。>
而就在叶笃正提笔书写之际,他的耳边忽然传来了徐云弱弱的声音:>
“叶主任,我有个想法啊....在这个变式后面加个伯努利函数,您觉得可行吗?”>
叶笃正已经写下了几个字母的笔尖顿时一停。>
片刻过后。>
叶笃正满是诧异的抬起头,一脸见了木乃尹似的表情看着徐云:>
“韩立同志,尼(第四声↓)说嘛?”>
情绪激动之下。>
叶笃正甚至冒出了老家津门的口音。>
而在他对面。>
看着眼睛瞪得滚圆的叶笃正,徐云的内心其实同样有些意外——他还以为现在定域分布涡度的概念已经比较完整了呢。>
不过很快,他便迅速反应了过来。>
也是。>
对流-扩散方程的关键人物是苏哈斯·帕坦卡,而此君按照年龄来算,现在才二十岁出头呢。>
虽然徐云记不太清他提出改进算法的具体时间,但苏哈斯·帕坦卡可不是什么年少成名的天才。>
他想要改进算法,提出无论如何也要到十多年以后了。>
不夸张的说。>
这年头整个数学界和物理学界对于纳维-斯托克斯方程的研究,还处在一个非常原始的状态。>
就连算法.....也就是求解压力耦合方程的半隐式方法的最初版本,都要在1972年才会被提出。>
想到这里。>
徐云便决定小小的帮叶笃正一把——虽然他之前确实没有这方面的打算。>
但这种能够让兔子赶上甚至反超第一梯队的事儿,他自然还是很乐意为之的。>
反正不要钱,多少试一点嘛。>
随后徐云顿了顿,飞快的在脑海中组织了一番思路,对叶笃正说道:>
“叶主任,我的意思是在这个变式后加个伯努利函数,然后再取个旋度,您觉得可行吗?”>
“这是我在剑桥大学那会儿听一位学长说的,当时他们推导的情景恰好也是相同的变式.......”>
唰——>
结果徐云话没说完。>
叶笃正便低头在纸上写下了一个函数:>
=/ u2/2。>
这个函数来自等式?(u2/2)=(u??)u ux,也就是伯努利函数。>
接着叶笃正又按照徐云的说法取了个旋度,得到了一个新的公式:>
?/?t=?x[ux] v?2。>
别看这个公式瞅起来跟颜文字似的,好像又是( ̄▽ ̄)~*( ̄▽ ̄)/又是()[]~( ̄▽ ̄)~*。>
对于叶笃正而言。>
在见到它的一瞬间,他的心脏便狠狠漏跳了一大拍!>
这是......>
的演化方程!>
同时由于?x(ux)=(??)u?(u??)的缘故,所以这个演化方程还可以改写为对流导数的形式:>
。>
写到这里。>
叶笃正再次一停顿,扭头又看向了徐云,迫不及待的问道:>
“韩立同志,后面呢?后面的思路是什么?”>
此时此刻。>
叶笃正仿佛回到了自己在芝加哥读书的日子。>
当时他在追一本连载于芝加哥日报的推理小说,每每看完一章时便迫不及待的想要疯狂进行催更。>
如果不是怕失去留学海外的宝贵资格。>
叶笃正甚至考虑过要不要把作者绑到小黑屋去更新——一天必须要更新个五万字,要不然当天不能吃饭!>
而在他对面。>
徐云则示意乔彩虹将自己的轮椅再朝叶笃正靠近了一些。>
随后他从叶笃正手中接过纸和笔,一边写一边解释道:>
“叶主任,这个方程想要继续推导下去,首先就要明白这个变式的物理意义。”>
“我们在这里再导入一个角动量方程做个对比...你看,物理意义应该就很明显了吧?”>
叶笃正认真看了小半分钟,很快哦了一声:>
“哦,我懂了。”>
“右边描述的是因为流体元的拉长,体元惯量矩的改变,还有就是粘性力矩作用在体元上,没错吧?”>
徐云点了点头。>
这个变式的物理意义,差不多可以算是后世涡度的入门级概念。>
也就是流体块的涡度可能因为它的拉长而改变,引起惯量矩的改变,或者因为粘性应力加速或者减速。>
紧接着。>
徐云又写了个佩克来数。>
也就是e=ud/a,又在上头换了个圈,带入回了原式。>
看到这里。>
叶笃正的鼻翼中忽然传出了一声带着意外的鼻音,眉头骤然一扬。>
他发现了一个此前从未意识到的问题:>
根据变式来看。>
二维流中涡度是对流,并且像热量一样可以扩散,那么关于佩克来特数的类比就是.....>
e=u?/v。>
这意味着涡度像热量一样,在二维流内部不能凭空产生或毁灭。>
并且它可以通过对流从一个地方移动到另一个地方。>
但另一方面。>
∫d对于所有定域的涡度团是守恒的。>
也就是说......>
漩涡通过速度场对流,通过扩散传播,但是每个漩涡内总的涡度保持不变。>
换而言之.....>
边界正是涡度的来源!>
这是一个叶笃正从未想过的概念,这代表着他之前的很多思路都是错误的,他确实低估了边界的深度。>
但这也同样代表着.....>
一个新模型的可能!>
准确来说应该是......>
气象学中第一个真正可行的新模型!>
要知道。>
虽然挪威学派在数值天气预测这方面贡献很大很大,但即便是到现在,整个气象行业也依旧没有一个真正的模型。>
事实上。>
按照正常历史发展。>
气象学要到1971年才会由拉苏尔建立出第一个气候模型。>
并且拉苏尔建立的模型预测的还不是局部天气,而是与全球变暖有关的气候模型。>
而眼下......>
叶笃正的面前出现了一条新路。>
一条从未有人涉及过的新路。>
看着一脸震撼的叶笃正,徐云则显得很平静。>
他所说的这些概念并非基于他的个人能力,而是来自后世已经相对完备的知识体系,没啥值得骄傲的。>
毕竟不同于眼下这个时期。>
虽然后世对于-方程虽然依旧处于破解阶段,一般形式的解析解依旧遥遥无期——因为卡在了非线性的adve项上。>
但另一方面。>
它在各种极端情况下.....例如无旋,无粘性等情景中还是有解析解的。>
后世只要在上投入足够的计算资源,甚至可以求解复杂的流体流动。>
这些都是徐云穿越前已经有了很强的定式结果,以至于徐云这种非气象领域的人都能随手拿出来做释义。>
当然了。>
由于专业壁垒的缘故,徐云对于涡度的了解到这里也差不多就完了。>
至于再进阶的相当位温、假相当位温、潜热、感热、辐射这些概念.....>
【目前用下来,听书声音最全最好用的,集成4大语音合成引擎,超100种音色,更是支持离线朗读的换源神器,huanyuana 换源】>
你想让徐云解释一下它们的含义倒是没什么问题,但再深入的推导就纯属痴心妄想了。>
不过没关系。>
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到了眼下这一步,叶笃正显然已经进入了‘悟道’的状态。>
以这位华夏现代气象学主要奠基人的能力而言,剩下的环节哪怕不需要徐云帮忙,他一个人多半也能搞定。>
更别说他的边上还有陶诗言这位天气动力学的顶尖大老存在呢。>
因此很快。>
叶笃正便开始自己推导起了后续步骤。>
“温度的支配方程是/t=a?2......”>
“那么温度场的方程自然就是/t=?/?t u?/?x=a?2......”>
“根据流体静力平衡和温度直减率可得.......”>
“诗言兄,你觉得这里改成分段函数转折点压强如何?”>
“正合我意......”>
二十多分钟后。>
叶笃正在纸上写下了另一道算式:>
/t(jij?v(?x)]。>
而在见到这道算式的时候。>
徐云裹在绷带下的表情也随之一松。>
呼......>
他的任务算是完成了.....>
想必聪明的同学也看出来了。>
没错!>
叶笃正此时写出来的式子,正是涡度拟能方程。>
它来自上头对流导数与的标量积,是对于定域分布的涡度。>
其中最右边的散度项通常积分为零,和脑子一样不太需要。>
右边剩下的两项分别对应通过涡线拉长产生涡度拟能,以及因为粘滞力损耗的涡动拟能。>
从这个式子可以直观看出涡动拟能就像力学能量一样,可以被摩擦力耗散掉。>
这个公式在后世讨论湍流的时候会被反复提及,算是一个标识型的公式。>
更重要的是.....>
众所周知。>
大气扩散属于湍流扩散,目前有三种广泛的应用理论:>
梯度输送理论、>
湍流统计理论、>
相似理论。>
而这个式子便是湍流统计理论的重要核心,后世在这个基础上诞生了一种叫做的模型。>
没错。>
。>
这是后世气象数值模拟预报最常见的模型,很多民科在家也用这玩意儿来跑数值。>
当然了。>
气象领域的民科要远比物理和数学领域的民科高智很多,二者存在很明显的差异。>
气象领域的民科与其说是‘民科’。>
不如说更像是那些开车载着天文望远镜去看星星的天文爱好者,很少有太多出格的言论。>
至少不会动不动就表示自己发明出了永动机,然后一看图纸特么的是太极图.....>
气象领域的民科最喜欢的就是在家里默默跑当地的天气模型,然后巴望着天空看自己的结果准不准确,整体来看还是比较佛系的。>
总而言之。>
即便是在2023年都属于非常重要的模型,遑论眼下这个时期了。>
即便......>
此时出现的只是一个雏形。>
随后叶笃正又把公式引申到了等压面和等密度面领域,进行起了环流的相关计算。>
期间乔彩虹这姑娘也兴致冲冲的上前旁观了两分钟,等回到徐云身边的时候表情就变成了这样:>
@>
一个小时后。>
叶笃正和陶诗言合力推导出了完整的涡度场,拟合出了一个特殊的数学模型。>
从徐云的角度来看。>
这个模型和后世的依旧出入较大——毕竟这年头没有后世的算力,但核心逻辑还是类似的。>
简单来说就是先采用了圆柱切线空间和水平映射,构建起局部空间并映射其邻居,构建起等轴映射。>
接着重新设计了条件局部卷积核,以满足因地制宜的卷积特征,邻近局部特征相似和地理特性不同下的相邻卷积核共享三个条件。>
至于模型的数学机理则是傅里叶变换,叶笃正将混合操作构建为了连续的全局卷积,在傅里叶域中通过可以有效实现,空间混合复杂度降低到了堪称最低。>
模型甚至还考虑到了累积液态和冰冻水,将总降雨粒子作为诊断变量,数据集的数量还达到了20个。(灵感参考自这篇论文arxiv./abs/2101.01000)>
可以这样说。>
在计算机模型还没问世的当今,这个模型可以说是人力可及的巅峰了。>
另外也不知道是不是徐云的错觉。>
他总感觉叶笃正的这个模型,似乎隐隐触及到了傅里叶神经算子.......>
当然了。>
只是感觉。>
毕竟这方面他确实学艺不精,所以一时半会儿也没法下具体的定论。>
可能是错觉,也可能是确有其事。>
如果只是误判那还好说。>
可如果这是真的......>
那么在眼下这个副本的时间线上,今后的乐子可就大了。>
毕竟这玩意儿早就超出了流体力学的范畴,涉及到了呢......>
接着又过了十多分钟。>
陶诗言将各个小组的数据汇总到了台前,叶笃正将自己的模型思路与众人介绍了一遍。>
考虑到每个人的理解能力不同,叶笃正主要将重点放到了计算上。>
也就是侧重于告诉大家怎么算,至于具体的原理先被忽略了——因为眼下他们需要的是直接的计算模型与工具,并不需要知道工具是怎么推导出来的。>
十五分钟后。>
各个小组开始了.....>
最后的计算。>
很快。>
噼里啪啦——>
帐篷内便又一次响起了算盘声,以及少数手摇计算机的操作声。>
没错,手摇计算机。>
这玩意儿算是一种标准的老古董设备,后世近乎绝迹了,具备很强很强的时代特征。>
怎么说呢......>
时代性上有些类似后世的和小灵通,属于特定时期的产物。>
手摇计算机发明于1878,采用的大多是针轮结构,一般只能做四则运算,平方数,立方数、开平方,开立方。>
如果需要输入三角函数和对数,都需要查表。>
如今国内使用的手摇计算机都是“飞鱼”牌,一种在这个时期为数不多国产比进口要优秀的机械设备。>
“飞鱼”牌计手摇算机第一批就生产了500台,大部分给二机部和五院了,还有一部分给了当年的156项目。>
五院用这个手摇计算机算一条从导弹起飞积分到关机弹道,时间上差不多需要2个月——这还是没有变轨能力的导弹。>
另外“飞鱼”牌手摇计算机由于比德国进口的精密许多,看起来娇小的如同一个女孩子。>
因此它还被二机部取了个某个作者听起来很不爽的绰号:>
鱼娘。>
总而言之。>
到了这一步,就彻底没徐云啥事儿了——如果讨论笔算和心算能力,他恐怕还比不上这个年代的众多前辈呢。>
因此他便在一旁独自等起了结果,乔彩虹则与几位副业队员们一起帮忙赶起了蚊子。>
........>
过了半个小时。>
上午待了一会儿便去继续研究项目的老郭下了班,带着蔡少辉从课题组匆匆赶到了现场。>
也不知道是不是徐云的错觉。>
他总感觉老郭咳嗽的频率比之前高了许多......>
一个小时后。>
一份最终报告交到了叶笃正的手上。>
不过叶笃正并没急着就去找老郭进行汇报,而是与陶诗言随机抽检了几个环节进行起了验证。>
待核验无误后。>
叶笃正方才拿着报告快步来到了老郭身边。>
“郭工,程工。”>
叶笃正先是对老郭打了个招呼,又扫了眼老郭身边一直待在现场的程开甲,表情严肃的说道:>
“幸不辱命,全新一批的天气预测结果出炉了。”>
“这份结果经过了我和陶诗言同志的复验,在数学上不存在任何的错漏。”>
老郭脸色不变,但拿着公文包的左手还是隐隐加了几分力气。>
看得出来,他的内心并不平静:>
“叶主任,上头都推导出了什么?”>
叶笃正闻言深吸一口气,翻开手中的文稿,介绍道:>
“郭工,程工,首先我想要强调一件事。”>
“那就是我们的气象数据收集开始于12个小时之前,不过由于效率问题,直到刚刚才出了结果。”>
“也就是说.....在我们推导出的这份结果中,其实包括了过去十二个小时的天气预测情况。”>
老郭闻言点了点头。>
这句话倒是不难理解。>
按照他们事先的安排。>
那台气象多普勒雷达每隔20分钟会收集一次数据,数据经过过滤传到首都计算机所,再由计算机所处理成参数场后送回基地,由叶笃正他们进行进一步的计算。>
如此反反复复,过程一直持续了十多个小时,接近半天好说了。>
虽然由于计算效率的问题,这些数据没办法瞬时或者短时得出结果。>
但这个情况并不影响过去十几个小时的气象预测结果客观存在——只是它们失去了时效性罢了。>
不过从参考角度来说。>
过去这12个小时的天气情况,倒是能对推导结果进行一定的验证。>
好比某人寄了封猜测未来半年时局的信,由于各种原因送到收件人手里的时候已经过去一年了。>
这封信虽然失去了传递信息的意义,但却可以来验证写信人对时局的判断和眼光是否正确。>
想到这里。>
老郭不由看了眼叶笃正,思索片刻,对他问道:>
“叶主任,报告上有关过去这12个小时的预测结果是怎么样的?”>
叶笃正将文件朝他翻了个面,露出了上头的内容,介绍道:>
“郭工,您看。”>
“根据预测结果显示,过去12个小时内降雨粒子的多普勒反馈较少,所以整个金银滩草原上都不会有降雨出现。”>
“但垂直起沙效率较高,气溶胶的长直向量呈现区域性分布,垂直判别变量非常明显。”>
“所以根据数据拟合,我们判断可能会在中午11点到13点间,出现小强度沙尘的西北风。”>
老郭静静听完叶笃正的介绍,立马看向了一旁的周材,对他问道:
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